Способы накачки лазеров

(см. Лекции + лаб.раб. + LEX10.doc)

Накачка Л. Создание в активном в-ве инверсии населенности производится разными способами. Чаще всего используют воздействие на в-во электромагн. излучения (оптич. накачка), электрич. разряда, пучка электронов с энергией от неск. десятков эВ до МэВ (электронный удар), высокотемпературный нагрев в-ва с послед. быстрым охлаждением (тепловая накачка), экзотермич. хим. р-ции в в-ве, инжекцию носителей заряда в область р-n - перехода в полупроводнике под действием электрич. поля.

По совокупности нек-рых признаков (тип среды, способ накачки, режим работы, мощность генерируемого излучения и др.) удобно выделить след. Л.:

1. Твердотельные Л. на стеклах и иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ-Л.), активированных Nd (длина волны генерируемого излучения l=1,06 мкм), рубиновые Л. (l=0,69 мкм). Используют оптич. накачку с помощью газоразрядных ламп; возможна работа Л. в импульсном и импульсно-периодич. режимах (стекла и рубин; для ИАГ-Л. возможен и непрерывный режим работы). Энергия, генерируемая в режиме одиночных импульсов длительностью до 10-3 с, может достигать 103 Дж за импульс с одного стержня стекла, активированного Nd. Уникальные установки на этом материале могут генерировать до 100 кДж за импульс длительностью 10-9 с. Мощность ИАГ-Л. в непрерывном режиме может достигать сотен Вт.

2. Электроразрядные Л. низкого давления на смесях благородных газов (He-Ne, Не-Хе и др.). Маломощные системы, генерирующие излучение высокой монохроматичности и направленности. наиб. применение получил He-Ne-Л. (l=0,628 и 3,39 мкм).

3. Полу проводниковые Л. Накачка инжекцией носителей тока через р-n-переход или гетеропереход, а также облучением пов-сти полупроводника электронным пучком. Возможна и оптич. накачка, хотя широкого распространения полупроводниковые Л. с оптич. накачкой не получили. Инжекционные Л. миниатюрны, имеют большой кпд, могут работать в импульсном и непрерывном режимах. На основе твердых р-ров, напр. системы Ga|In|Ar|Sb, можно получить излучение в дальнем, среднем и ближнем ИК диапазонах (длина волны от 0,6 до 6 мкм). Л. с электронной накачкой генерируют излучение в ближнем ИК и во всем видимом диапазонах.

4. N2-CO2 и N2-СО-Л. (l=9-11 мкм для СО2 и 5-6 мкм для СО). Накачка электрич. разрядом, практически достижимая мощность излучения в непрерывном режиме - более десятка кВт; возможны также импульсный и импульсно-периодич. режимы работы.

5. Ионный аргоновый Л. непрерывного действия (l=488 и 514 мкм). Накачка электрич. разрядом, мощностью до неск. десятков Вт.

6. Л. на парах металлов (Сu, Cd, Se, Sn и др.) в смеси с Не. Накачка электрич. разрядом. наиб. перспективен медный Л. (l=510нм); режимы работы - импульсно-периодич. и непрерывный; мощность излучения - дeсятки Вт.

7. Эксимерные Л. на смеси благородных газов с фтором, хлором, фторидами. Накачка сильноточным электронным пучком или поперечным электрич. разрядом. Генерирует излучение в УФ диапазоне, режим работы импульсный.

8. Фотодиссоциационные Л. наиб. распространение получил йодный Л. (l=1,315 мкм), работающий в режиме мощных одиночных импульсов.

9. Л. на жидких красителях; накачка оптическая с помощью газоразрядных ламп или Л. др. типов. Главное преимущество перед др. типами Л. - возможность плавной перестройки частоты в широком диапазоне.

10. Хим. Л. со смесью газов в качестве активной среды. Генерируется излучение широкого спектра в ближнем ИК диапазоне. Осн. преимущество - возможность получения непрерывного излучения больших мощностей (сотни кВт) и энергий в импульсе (десятки кДж).

11. Газодинами ч. Л. с тепловой накачкой. Осн. рабочая смесь - N2-CO2-Не или N2 - СО2 - Н2О; излучающая молекула - колебательно возбужденный СО2; возможно получение мощностей излучения порядка сотен кВт. Разработаны Л. с излучающими молекулами СО, CS2, N2O.

12. Л. на своб. электронах. Перспективная система, широко обсуждаемая в литературе; практически используемых систем в оптич. диапазоне пока нет.

13. Л. рентгеновского диапазона. Пока разработаны только лаб. варианты с генерированием излучения l~20 нм.

14. Гамма-лазеры на ядерных переходах пока не осуществлены.